书城工业科技与发展
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第17章 未来科技遐想(1)

未来军事科技的发展趋势

无人机的崛起

1.无人机的简介

无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。它的研制成功和战场运用,揭开了以远距离攻击型智能化武器、信息化武器为主导的“非接触性战争”的新篇章。无人机的主要功能包括作为靶机、侦查监视、实施干扰、骗敌诱饵、通信中继和对敌攻击等。

与载人飞机相比,它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点,备受世界各国军队的青睐。在几场局部战争中,无人驾驶飞机以其准确、高效和灵便的侦察、干扰、欺骗、搜索、校射及在非正规条件下作战等多种作战能力,发挥着显著的作用,并引发了层出不穷的军事学术、装备技术等相关问题的研究。它将与孕育中的武库舰、无人驾驶坦克、机器人士兵、计算机病毒武器、天基武器、激光武器等一道,成为21世纪陆战、海战、空战、天战舞台上的重要角色,对未来的军事斗争造成较为深远的影响。

专家预言:“未来的空战,将是具有隐身特性的无人驾驶飞行器与防空武器之间的作战。”但是,由于无人驾驶飞机还是军事研究领域的新生事物,实战经验少,各项技术不够完善,使其作战应用还只局限于高空电子及照相侦察等有限技术,并未完全发挥出应有的巨大战场影响力和战斗力。因此,世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。根据实战的检验和未来作战的需要,无人驾驶飞机将在更多方面得到更快的发展。

2.无人机具有有人作战飞机所不具有的优势

(1)更强的机动性——近代,战斗机内人体忍耐力会限制军队在快速行动期间利用飞机集中人员的数量,而无人战斗机消除了这一瓶颈,从而使得机动性大幅提高。

(2)重量更小——重量可以影响很多方面,如续航时间、加速、有效载荷等。毕竟驾驶舱内的一两名飞行员及所有物品会有很大的重量。

(3)更好的空气动力——不需要驾驶舱顶蓬。

(4)环境感知——利用无人战斗机能够在地面上构建虚拟座舱,这比飞机上安装任何装置都有效。而且,对于执行制空任务而言,环境感知是很重要的,而空空作战并不需要在实际飞机上进行侦察。

(5)不会让相关人员疲劳——地面飞行员可以控制他们的无人战斗机,执行任务时更舒适,更灵活。

(6)耗资更低——飞行部队耗资更低。所有的人机互动装置、生命维持、弹射座椅等会需要很多资金,但如果是无人战斗机,就仅需要人机交互装置。而且许多无人机可以共用一个,更低价,无需承受所有的压力,相关人员只需与无人战斗机进行通信,而且飞机中已经有一些通信方式,所以不会有大的变化。

(7)让飞行员远离危险——无人战斗机能够挽救飞行员的生命。训练飞行员的成本很高,而且很难迅速进行替换,无人飞机则不需要飞行员实地驾驶,省去了很多的训练费用。

(8)无人战斗机能够开展远程超视距外空对空攻击以及视距内近程作战,而且无人战斗机成本低、数量与质量相当并且有可能用于与敌军同归于尽的战术中。

不过,相对地,无人战斗机也存在一定的劣势。例如,无人战斗机很容易受到干扰以及人员因素的影响。而且,无人战斗机的行动还存在滞后性,虽然无线电通信能够迅速传播,但在空战过程中反应时间也是至关重要的。此外,无人战斗机还存在单点失效性,一旦敌军摧毁了指挥中心,那么所有无人战斗机便会丧失效用。

3.未来无人机的发展趋势

(1)隐身性能

无人驾驶飞机在几场局部战争中,尤其是在空袭南联盟行动中发挥的巨大作用是令人瞩目的,但由于自身隐身技术存在着一定的不足和遂行作战任务性质的局限,使其在作战中暴露出来的很高的被击毁率又是发人深省的。在以“非接触”方式为主导的未来战争中,不尽快解决无人驾驶飞机隐身技术问题或仅仅扮演一个不堪一击的“假目标”角色是远远不够的。因此,增强无人驾驶战斗机的隐身性能是迫切需要的。

(2)精确的攻击能力

随着中远程巡航导弹和弹道导弹的发展日新月异,地空导弹、空空导弹的制导技术日臻成熟,可重复使用的无人驾驶飞机的控制水平也日益提高,“无人驾驶战斗机”的话题才得以被人提及,且有人将反辐射导弹的技术移植到无人机上,研制出了反辐射无人机,成为一种对地面雷达极具威胁的新式武器。这种航空武器的出现,可以说是向无人战斗机的发展目标又迈进了一步,但它还不是真正意义上的无人驾驶战斗机。它采取“自杀”的方式,与敌方雷达同归于尽,充其量仅仅是巡航导弹的翻版。而真正的无人驾驶战斗机应是“可以重复使用的巡航导弹”。

(3)轻便灵巧的机型

微型武器具有重量轻、体积小、造价低、不易被发现和摧毁等特点,因此被世界各国尖端武器研制机构所看好,并投入了巨大的研制资金,在未来战场上有着强劲的发展前景和潜力。无人驾驶战斗机根据其较为特殊的战争使命,在微型化发展方面更具有非常强烈的要求。

4.世界上著名的几款无人机

(1)以色列“竞技神”无人机

竞技神出现在十分遥远的古代以色列,是以色列人仰慕的古代的常胜武神。现代以色列人将他们研制的新型无人机命名为“竞技神”,当然寄托着以色列人“武技居先”的理想。

短短几年时间,“竞技神”无人机就发展有“竞技神”180、“竞技神”450和“竞技神”1500共3个型号,形成了“竞技神”系列。“竞技神”180属于轻量级的无人机,有效载荷40公斤,续航能力10小时。“竞技神”1500属于中空长航时无人机,现仍在试验中。

“竞技神”450是以色列军队主要的战术无人机平台,亦通过了美国武装部队无人机联合测试与评估项目的测试。它装备了基于全球定位系统的自动飞行系统,使它能在7000米高空飞行,最大航时为24小时。它可以在小型防空武器射程之外飞行,并且提高了载荷能力和气候适应能力。它可轻松完成单架侦察机那样的一次平常飞行任务量,不需要中途降落和加油。处于起降阶段的无人机最容易被敌方探测设备发现、袭击。它以较长时间的续航能力减少了这种机会。它用于执行侦察、监视、目标截获和通信中继的任务,适合装备师旅一级的指挥机关。以色列陆军和空军则正在分别组建一个与炮兵和坦克部队协调行动的“竞技神”450无人机中队。

在目前世界屈指可数的中高空长航时战术无人机中,“竞技神”450无疑处于领先的位置。但以色列人仍不满足,正在研制开发使用燃料电池为动力的高空长航时无人机。那是一种能在1.7万米以上高度飞行、续航时间超过36小时并具有攻击能力的无人机。

(2)欧洲“神经元”无人机

欧洲“神经元”无人战斗机由法国领导,瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希腊参与。可以在不接受任何指令的情况下独立完成飞行,并在复杂飞行环境中进行自我校正,此外它在战区的飞行速度超过现有一切侦察机。2012年11月,神经元无人机在法国伊斯特尔空军基地试飞成功。

与其他无人机相比较,“神经元”无人机具有隐身性能和高度智能化的特点:

第一,隐身性能突出。在外形设计和气动布局上,该机借鉴了B-2隐身轰炸机的设计,采用了无尾布局和翼身完美融合的外形设计,其W形尾部、直掠三角机翼以及锯齿状进气口遮板几乎就是B-2的缩小版。在机体材料选择上,该机采用全复合材料结构,雷达辐射能量少。此外,由于该无人机没有驾驶员座舱,体积和重量的减少使其在隐身方面具有有人机难以媲美的先天优势。

第二,智能化程度高。“神经元”综合运用了自动容错、神经网络、人工智能等先进技术,具有自动捕获和自主识别目标的能力,也可由指挥机控制其飞行或作战。比如一架法国“阵风”战斗机可以同时指挥4~5架“神经元”无人机,在有人机前方进行侦察或进行攻击。

(3)美国X-47B无人机

X-47B是人类历史上第一架无需人工干预、完全由电脑操纵的无尾翼、喷气式无人驾驶飞机,也是第一架能够从航空母舰上起飞并自行回落的隐形无人轰炸机。X-47B于2011年2月4日在美国加利福尼亚州爱德华兹空军基地首飞成功。

X-47B外形与B-2型隐形轰炸机极其相似,被称为“缩小版的B-2”。尺寸直逼美海军现役的F/A-18E/F超级大黄蜂战斗机。两个内置弹舱各可以容纳一枚2000磅级的JDAM,其载弹量要远远超过现无人机。X-47B是无尾翼机,对所有波段的雷达波的隐身性能都极高。因为没有尾翼可以在着陆时采用大迎角便于减速,而且也不会影响到视野。

之前大多数长航时无人机都通过采用超大展弦比机翼来提高航程。这无论是从保证突防性能来看,还是从航母甲板作业来看,都是不可取的。而X-47B采用了超高的内油系数,其最大起飞重量超过20吨,但其空重只有6吨多,省去了一切和人有关的重量开销。

X-47B外翼由铝合金部件和碳纤维环氧复合材料蒙皮组成,其尺寸大约为4.88米×1.22米。每个机翼装有副翼,并拥有高度集成的电子和液压管路。该机翼设计还包括机翼折叠能力,这样可以使飞机在母舰上占有更小的空间。

X-47B飞行性能较高,作战半径长,可以在航母上自动起降,并有自主空中加油能力,并且拥有卓越的隐身性能。同美军各类现役战机相比,X-47B滞空时间更长,更大的作战半径,既可以使航母战斗群处于更安全的位置,也可以更深入内陆执行打击任务。另外,X-47B最大的优势在于隐身突防,它拥有非常优异的雷达和红外低可探测性,保证其能够突破敌方防空圈,为后续有人驾驶作战飞机打开通路。

飞机的隐身化

隐形战斗机是指雷达一般探测不到得战斗机。其原理是指战斗机机身通过结构或者涂料的技术使得雷达反射面积尽量变小。雷达是靠发射电磁波然后检测反射回来的信号再通过信号的放大进行工作的,所以就存在反射面积的大小问题。隐形战斗机则是通过特殊结构设计使得雷达波出现漫反射和通过特殊涂料吸收雷达波使得反射面积在雷达天线检测下只有零点几个平方米。

隐形战机被形象地喻为“空中幽灵”,它们行踪诡秘,能有效地躲避雷达跟踪。多亏有了能吸收雷达波的“隐形”材料,才使隐形战机能轻而易举地从雷达眼皮底下逃之夭夭。

隐形战斗机的雷达吸波材料可通过阻止反射无线电波来干扰雷达系统。雷达吸波材料多种多样,其中包括非共振磁性雷达吸波材料和共振雷达吸波材料。由非共振磁性雷达吸波材料制造的涂料含铁酸盐粒子,可将轰炸机表面“吸收”的雷达波作为热量散发掉。这种材料可降低雷达的“可见度”,并可在一个宽广的雷达波频率范围内使用。

共振雷达吸波材料则只在一个很窄的频率范围内有效,不过只要雷达波频率在该材料的设计范围内,它的效率就非常高。经计算,这种材料的厚度与雷达波的波长一致时,就能像被“调谐”了一样可吸收特定频率范围的信号。

就像海绵只能保存一定量的水一样,隐形材料理论上也只能储存和散发有限的雷达波能量。然而在实验室条件下,工程师们以大大超过实际生活中会遭遇的雷达波能量检测隐形材料,以确保隐形材料在实际使用过程中的有效性。

隐形战斗机F-117A隐形战斗机是洛克希德公司于80年代为美空军秘密研制的第一代隐形战斗机,也是世界航空史上的第一架隐形战斗机。由于奇特的外形设计,在研制和试飞时曾在相当长时间内,被当作“空中飞碟”和“不明飞行物”。

隐形战斗机具有难发现、跑得快、看得远、打得远、机动佳、隐形、超音速巡航、超视距雷达、中远程导弹、机动性好等优点。

隐形战斗机的缺点:

(1)隐形战斗机造价高数量少,属于高价值目标,一旦被击落,不但会造成很大的经济损失,还会对整个空军的军心将产生震撼和动摇。

(2)隐形战斗机飞得不够高,巡航高度一般在1.7万米左右,在敌方的防空导弹射程之内。

(3)隐形战斗机载弹少,仅能载有机载6枚导弹包括4枚中距和2枚短程格斗弹。

(4)隐形战斗机背部不隐形,对于长波雷达等雷达不隐形,这样可以被地面大型长波雷达阵发现,也可以被“高空预警机”发现。

(5)隐形战斗机发射导弹时不隐形,或者打开雷达时不隐形。

(6)隐形战斗机一般需要预警机伴航,依赖预警机传输的数据实现静默、突然袭击。

世界上主要的几款隐形飞机:

1.F-22“猛禽”战斗机

F-22“猛禽”战斗机是由美国洛克希德·马丁和波音联合研制的单座双发高隐身性第五代战斗机,也是世界上第一种进入服役的第五代战斗机。F-22“猛禽”战斗机于2000年代中期陆续进入美国空军服役,以取代上一代的主力机种F-15“鹰”式战斗机。